Fyzická vrstva definuje elektrické, mechanické, procedurální a funkční požadavky na přenos jednotlivých bitů. Jedná se vlastně o jedinou vrstvu, která skutečně přenáší nějaká data.

Na fyzické vrstvě je vytvořen tzv. fyzický okruh, na který bývají mezi dva počítače často vkládána další zařízení, např. modemy.

Data jsou přenášena po bitech.
Fyzická vrstva tedy řeší otázky znázornění bitů na přenášeném médiu, kódování, modulace, synchronizace, časování, používaných konektorů, rozhraní atd. Bezprostředně vyšší linkové vrstvě nabízí dvě služby - odeslání bitu a příjem bitu.

Implementace příslušné fyzické vrstvy může být kategorizována např. následujícím způsobem:

Implementace příslušné fyzické vrstvy (zdroj: [7])

Tato vrstva nijak neinterpretuje přenášené bity, jednotlivým bitům nepřisuzuje žádný specifický význam a se všemi nakládá stejným způsobem. Nezabývá se ani tím, zda spolu některé bity představují ucelený blok dat, např. datový rámec.